运动控制芯片LM628及应用

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1、运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -新特器件应用1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -运动控制芯片L M628及应用中科院沈阳计算技术研究所张龙波摘要：美国国家半导体公司生产的运动控制芯片LM628带有16位参数的可编程数字PID控制器，具有速度和位置两种控制模式，可应用于使用DC

2、电机、无刷DC伺服电机以及其它可提供增量位置反馈信息伺服电机的闭环计算机控制系统。本文介绍了该芯片的主要特征、内部结构、管脚功能、工作原理及典型应用。关键词:L M628 数字PID控制器运动控制1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1、概述LM628是美国国家半导体公司生产的可

3、编程运动控制芯片，主要用于使用DC电机、 无刷DC伺服电机及其它可提供增量位置反 馈信号伺服电机的闭环计算机控制系统。该芯 片在主处理器控制下，有位置和速度两种控制 模式，集成度高，需要外围部件少，易于调试， 简化了高精度的运动控制系统的设计。2、主要特性L M628的主要特性如下 ：具有32位位置、速度和加速度寄存器；带有16位参数的可编程数字PID控制器;8位或12位DAC数据输出；片内梯形速度轨迹产生器 ；运动过程中可改变速度、预期位置和PID控制器参数；位置和速度两种操作模式 ；实时可编程的主机中断；8位并行异步主机接口 ；带索引脉冲输入的方波增量式编码器 接口 。3、模块结构和管脚说

4、明除了主机和输出接口外,L M628主要由 四个功能模块构成：位置/速度轨迹产生器、 环补偿数字PID控制器、合成处理器和位置 反馈信号处理器（位置译码器）。管脚排列和 管脚说明分别如图1和表1所示，模块结构 及典型应用系统框图如图 2所示。图1 L M628管脚图图2 L M628模块结构及典型应用系统框图1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All r

5、ights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -表1LM628管脚说明管脚号管脚名称功能说明1而索引输入，从编码器接收可选索引脉冲（不用时必须置高）。当管脚1、2、3为低 电平时读入索引位置23AB编码器信号输入，接收增量式编码器提供的方波信号。当电机正向旋转时,A信号比B信号超前90。为识别A、B信号,在每一编码器状态，信号必须保持8 个时钟周期411D7 D0主机I/O端口，是与主机/主处理器连接的双向数据端口，向LM628写入命令和数据及从LM628读状态字和数据。由CS/PS、d来控制12CS片选输入，选择LM628的读写操作13而读输入，读岀状态和数据14GND:接

6、地15WR写输入，写入命令和数据16PS端口选择输入，选择命令或数据口 。低电平时选择命令端口 ，高电平时选择数 据端口。它控制如下状态:（1）向命令端口写入命令（低电平）；（2）由命令端口 读岀状态字（低电平）;（3）通过数据口读写数据17HI主机中断输岀，高有效，通知主机发生中断18 25DAC7 DAC0DAC端口，可在两种不同方式下应用：（1） 8位输出模式，输出数据锁存到DAC。 最高有效位是DAC7，最低有效位是DAC0 ; （2） 12位输出模式，输出2个多路复 用的6位字，首先输出低6位字，最高有效位是 DAC7 ,最低有效位是 DAC2 ,DAC1 用来区分字，低电平时为低位

7、字 ,DAC0上升沿诜诵数据26CL K时钟输入，接收系统时钟27RST复位输入，低电平前沿触发，必须保持8个时钟周期28VDD电源( + 5V)1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -4、工作原理及应用LM628内部硬件体系结构和工作原理 如图3所示。控制算法保存在 1k X16b

8、it的 ROM中,使用16位的指令系统。PLA对这 些指令进行译码,为16位的数据和指令总线 提供数据传输定时信号。数字PID控制器的 可调参数和轨迹参数以32位双字节形式存储在RAM 中。一个32位的AL U用于处理 16k X16bit的误差增益和数字PID控制器的参数。主处理器通过8位双向数据端口和 6条控制线（包括主机中断和硬件复位）与LM628通讯，将加速度、速度和目标位置数 值送入LM628的轨迹产生器，轨迹产生器 用这些值来计算指令位置或给定点的位置,送入合成处理器中。伺服电机的实际位置值 由增量编码器反馈回来，经过位置反馈信号 处理器译码后也一并送入合成处理器。指令位置减去反馈

9、回的实际位置，得出的误差值 经过数字PID控制器处理后，用于产生驱动 伺服电机的位置信号 。中科院沈阳计算技术研究所国家数控工 程研究中心利用 LM628作为控制器研制了 三轴闭环的轴运动控制板，用于开发基于PC 机的普及型CNC系统，总体结构如图4所 示。该轴运动控制板利用 L M628运动控制 芯片来实现对各个轴的独立运动控制，支持三轴联动闭环伺服控制，利用附加软件可支 持多轴坐标联动控制。它提供了 8位光耦数 字输入（其中两个具有中断能力 八16位数字 输入、8位TTL级数字输出（其中一位有中 断能力）和8位开放式集电极输出，具有通过 编程32位的位置、速度和加速度处理能力，可以对速度和

10、加速度的微小改变进行控制，对每个轴都可以在以下两种操作模式之一进 行控制：位置控制模式：可定义结束位置、加速 度和运动中的最大速度。1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -RAMLATCHIODACALU码PtAROM1k 151叶16 /1tQK井打Udi1995-2004 Tsi

11、nghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -图3 L M628内部硬件体系结构和工作原理图1995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -速度控制模式：可定义加速度、方向和 运动中的速

12、度。在以上两种操作模式下，除了加速度，所 有参数都能在前一命令还在执行时进行更改。轴运动控制板还为读入限程开关、使用 其它设备、或者实现用户定义接口而提供了16位数字输入和8位数字输出，还提供了从 每个L M628到PC机的中断支持，从而能实 现快速错误处理和调整坐标运动控制。咨询编号:9712011995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.运动控制芯片L M628及应用# -图4轴运动控制板总体结构图欢迎订阅机械与电子机械与电子系机械工业部科技与质量监督 司和贵州省机械工业厅联合主办的全国性的宣

13、传 报道机电一体化技术的专业技术性刊物。它的宗旨：贯彻党和国家关于机械应用微电子技术、计算 机技术的方针政策，介绍机械应用电子技术新产 品、新技术、新工艺，传递机电一体化技术经济信 息，推动机械电子产品更新换代，为振兴机械电子 工业服务。设有机电一体化技术推广应用、研究与 设计、新技术应用讲座、工场经验、技术动态、新技 术革命在国外、产品介绍、文摘、信息之窗等10多 个栏目。它的特色：在宣传政策上具有指导性，在技 术上具有引导性和实用性，在介绍经验上具有示范 性，是机械与电子结合的全国性刊物 ，适合机械电 子行业管理人员、科技人员、大专院校师生和其它 行业机电一体化技术爱好者阅读 。本刊为双月刊，单月24日出版，向国内外公开 发行。国内统一刊号 CN 52 - 1052，国内邮发代号 66 - 32，国外发行代号JTC-58,广告经营许可证： 黔工商广字0124号。由话：58291271995-2004 Tsinghua Tongfang Optical Disc Co., Ltd. All rights reserved.